Учебное пособие: Методические указания и контрольные задания для студентов заочников по дисциплине: «Процессы и аппараты» для специальности

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МЕДНОГОРСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

Методические указания и контрольные

задания для студентов заочников

по дисциплине: «Процессы и аппараты»

для специальности:

240301 «Химическая технология неорганических веществ»

2009

Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине: «Процессы и аппараты»

по специальности: 240301 «Химическая технология неорганических веществ»

Составитель Л.П. Головкина

Рецензенты Г.П. Мухаметова

Содержание

1 Введение 4

2 Тематический план 5

3 Содержание учебной дисциплины с

вопросами по самоконтролю 6

4 Выполнение контрольной работы 16

5 Оформление контрольной работы 17

6 Задания для контрольных работ 18

7 Перечень лекций 30

8 Перечень практических работ 31

9 Перечень рекомендуемой литературы для изучения 31

Введение

Рабочая программа учебной дисциплины «Процессы и аппараты» разработана в соответствии государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности среднего профессионального образования технического профиля 240301 – Химическая технология неорганических веществ.

Учебная дисциплина «Процессы и аппараты» является общепрофессиональной, устанавливающей базовые знания для получения профессиональных знаний и умений.

В результате изучения учебной дисциплины студент должен:

иметь представление:

- о взаимосвязи учебной дисциплины «Процессы и аппараты» с другими общепрофессиональными и специальными дисциплинами;

- о принципах химической технологии, основанных на законах гидродинамики, теплопередачи и массопередачи, а также механики твердых тел;

- о прикладном характере учебной дисциплины;

знать:

- классификацию и теоретические основы процессов;

- устройство и принцип действия аппаратов;

- зависимость хода процесса от внешних воздействий;

- методику расчета материального и теплового баланса процессов и аппаратов;

- принципы выбора аппаратов для проведения заданного процесса;

уметь:

- основные параметры процесса;

- составлять и рассчитывать материальный и тепловой баланс отдельных процессов;

- выбирать наиболее рациональную схему и ход процесса.

В дисциплине рассматриваются:

- общие закономерности протекания химико-технологических процессов (ХТП), основные показатели ХТП, их влияние на выход готового продукта;

- типы химико-технологических систем, движение материальных и тепловых потоков, аппаратурное оформление химико-технологических процессов производства серной и азотной кислот.

Для закрепления теоретических знаний и развития у студентов умений и навыков предусмотрены практические занятия и выполнение контрольной работы, которые призваны побуждать студентов к дискуссии и самостоятельному поиску справочной литературы.

Для проверки знаний студентов в конце изучения каждой темы проводится рубежный контроль.

Заключительным этапом изучения является курсовой проект.

Итоговая форма контроля: - экзамен.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Содержание учебной дисциплины с вопросами по самоконтролю

Основные знания и умения студентов

ВВЕДЕНИЕ

Сущность дисциплины «Процессы и аппараты» и её роль в области интенсификации химических производственных процессов, обеспечения выпуска качественной продукции, охраны окружающей среды.

Классификация основных процессов и аппаратов. Принципы анализа и расчетов процессов и аппаратов. Использование теории подобия при расчетах.

Раздел 1 Гидромеханические процессы и аппараты

Тема 1.1 Общие вопросы прикладной гидромеханики

Студент должен:

знать:

- зависимость свойств жидкости от давления, температуры;

- сущность гидростатического, абсолютного и избыточного давления;

- уравнение расхода и материального баланса потока;

- уравнение энергетического баланса;

- потери напора и давления при движении жидкости;

- порядок расчетов трубопроводов;

уметь:

- определять по справочнику свойства жидкостей взависимости от условий;

- определять давление в назначенных точках систем;

- рассчитывать режим движения жидкостей;

- определять потери давления и напора;

- определять основные расходные характеристики. Диаметр трубопровода;

- рассчитывать гидравлическое сопротивление зернистого слоя.

Вопросы для самоконтроля:

1 Реальные и капельные жидкости.

2 Физические свойства и параметры реальной жидкости.

3 Гидростатика. Гидростатическое давление и его свойства.

4 Гидродинамика.

5 Уравнение материального баланса.

6 Энергетический баланс потока.

7 Уравнение Бернулли.

8 Основные критерии гидродинамического подобия.

9 Гидродинамические режимы вязкой жидкости.

10 Гидродинамические сопротивления трубопроводов и аппаратов.

11 Движение жидкостей через подвижные. Пористые и зернистые слои.

12 Гидродинамика псевдоожиженного слоя.

Практическое занятие

1 Определение расхода, скорости движения жидкости, гидростатического давления.

2 Определение режима движения жидкости.

Тема 1.2 Перемещение жидкостей и газов

Студент должен:

знать:

- назначение, конструктивные особенности и принцип действия насосов, компрессоров и воздуходувных машин;

- области применения насосов и компрессорных машин;

- расчёт основных параметров гидравлических и воздуходувных машин;

уметь:

- применять основные зависимости для расчета трубопроводов, производительности и мощности насосов и компрессоров;

- выбирать оптимальные условия перемещения

- использовать каталоги для подбора машин, в зависимости от условий работы и рабочих параметров.

Вопросы для самоконтроля:

1 Трубопроводы, их устройства, соединение труб и арматуры.

2 Классификация гидравлических машин. Основные параметры и конструкции гидравлических машин.

3 Насосы динамического типа: центробежные и осевые. Устройство насосов, работающих с агрессивными средами, во взрывоопасных условиях. Характеристика и подбор насосов.

4 Насосы объемног типа, конструкции поршневых, плунжерных, шестеренчатых, пластинчатых. Винтовых насосов. Их производительность, область применения.

5 Перемещение, сжатие и разряжение газов. Затраты энергии.

6 Поршневые компрессоры и вакуум–насосы. Их производительность и область применения.

7 Центробежные машины: вентиляторы, турбогазодувки, турбокомпрессоры. Их основные характеристики.

8 Осевые вентиляторы и компрессоры. Струйные вакуум-насосы.

9 Компрессорные машины, их классификация.

Тема 1.3 Разделение жидких и газовых гетерогенных систем

Студент должен:

знать:

- классификацию процессов разделения;

- принципы составления материального баланса процессов разделения;

- теоретические основы процессов разделения. Методику их расчета;

- основные конструкции аппаратов для процессов осаждения, фильтрования, центрифугирования;

уметь:

- выбирать наиболее оптимальный способ разделения гетерогенной системы;

- рассчитывать материальный баланс разделения;

- определять время разделения гетерогенной системы, производительности оборудования;

- подбирать по каталогу аппараты для разделения системы.

Вопросы для самоконтроля:

1 Классификация гетерогенных систем и процессов разделения.

2 Принцип выбора методов разделения. Материальный баланс. Разделение в поле тяжести. Конструкции отстойников для жидких и газовых смесей.

3 Разделение в поле сил давления. Фильтрование жидких и газовых систем. Скорость фильтрования. Классификация фильтровальной аппаратуры. Фильтры периодического и непрерывного действия. Уравнение фильтрования. Поверхности фильтрования.

4 Разделение газовых неоднородных систем методом осаждения в электрическом поле. Электрофильтры.

5 Разделение газовых неоднородных систем путем мокрой очистки. Классификация мокрых пылеуловителей. Скрубберы.

Тема 1.4 Перемешивание в жидких средах

Студент должен:

знать:

- основные способы перемешивания;

- сравнительную оценку способов перемешивания;

уметь:

- выбирать оптимальный способ перемешивания;

- определять по предложенной схеме расход электроэнергии и газа на перемешивание.

Вопросы для самоконтроля:

1 Способы и интенсивность перемешивания.

2 Механическое перемешивание.

3 Пневматическое перемешивание.

4 Перемешивание с помощью циркуляционных насосов.

5 Сравнительная оценка способов перемешивания.

Раздел 2 ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ

Тема 2.1 Основы теплопередачи

Студент должен:

знать:

- сущность теплообменных процессов;

- принципы определения тепловых нагрузок и составления тепловых балансов;

- виды передачи тепла;

- схемы движения теплоносителей;

уметь:

- составлять тепловые балансы. Определять расход теплоносителей;

- определять тепловую нагрузку для различных случаев теплообмена;

- выбирать рациональную схему движения теплоносителей;

- рассчитывать коэффициент теплопередачи.

Вопросы для самоконтроля:

1 Способы проведения тепловых процессов. Теплоотдача и теплопередача.

2 Температурное поле. Тепловой поток. Тепловой баланс. Механизмы передачи тепла.

3 Теплопроводность. Коэффициент теплопроводности твердых материалов, жидкостей, газов. Уравнение теплопроводности.

4 Естественная и вынужденная конвекция. Конвективный перенос тепла.

5 Уравнение теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи.

6 Тепловое подобие. Критерии теплового подобия, их физический смысл.

7 Уравнения для различных случаев теплоотдачи.

8 Лучеиспускание. Законы Стефана-Больцмана и Кирхгофа. Совместная теплоотдача излучением и конвекцией.

9 Теплопередача. Основное уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи. Теплопередача через плоские и цилиндрические стенки. Движущая сила процесса теплопередачи. Средняя разность температур. Виды движения теплоносителей, их сравнение. Определение температуры стенок.

10 Потери тепла в окружающую среду. Теплоизоляция.

Тема 2.2 Источники энергии. Теплообменная аппаратура

Студент должен:

знать:

- источники энергии;

- нагревающие и охлаждающие агенты, основные требования к теплоносителям;

- устройство и принцип действия теплообменной аппаратуры и требования к ней;

- принцип расчета теплообменной апаратуры;

уметь:

- выбирать теплообменную аппаратуру по заданным условиям;

- выбирать теплоносители;

- проводить сравнительную оценку различных теплообменных аппаратов, тепло – и хладоагентов;

- составлять материальный и тепловой балансы теплообменной аппаратуры.

Вопросы для самоконтроля:

1 Топливо-энергетическая база. Первичные и вторичные источники энергии.

2 Промышленные способы подвода и отвода энергии. Теплоносители. Определение расхода теплоносителя.

3 Нагревательные агенты и способы нагревания.

4 Охлаждающие агенты и и способы охлаждения.

5 Теплообменная аппаратура. Поверхностные теплообменники: с трубчатой поверхностью теплообмена, с плоской поверхностью теплообмена и других типов.

6 Смесительные теплообменники.

7 Регенеративные теплообменники. Материалы, применяемые для изготовления теплообменной аппаратуры.

8 Выбор теплообменной аппаратуры. Расчет основных размеров и оптимальных режимов работы теплообменников

Практические занятия

1 Тепловой расчет теплообменного аппарата.

2 Выбор аппарата по ГОСТам.

Тема 2.3 Выпарные аппараты

Студент должен:

знать:

- назначение выпарных аппаратов;

- принципы составления материального и теплового балансов процесса выпаривания;

- устройство и принцип работы выпарных аппаратов;

- принцип расчета выпарных аппаратов;

уметь:

- составлять материальный и тепловой балансы;

- определять основные расчетные параметры процесса выпаривания;

- выбрать оптимальные варианты схемы выпарной установки.

Вопросы для самоконтроля:

1 Сущность выпаривания

2 Выпаривание при атмосферном давлении, при вакууме, при избыточном давлении.

3 Выпарные установки: однокорпусные, многокорпусные, с термокомпрессией вторичного пара. Общая и полезная разность температур при выпаривании. Температура кипения растворов, температурные потери.

4 Выпарные аппараты, их классификация.

5 Аппараты с направленной и неупорядоченной циркуляцией раствора.

6 Пленочные выпарные аппараты, роторные аппараты, аппараты с барботажем топочных газов и погружными горелками.

7 Принцип выбора выпарных установок различных конструкций. Материалы для изготовления выпарных аппаратов.

Практические занятия

1 Определение температуры кипения, полезного температурного напора.

Тема 2.4 Искусственное охлаждение

Студент должен:

знать:

- назначение и основные виды холодильных установок;

- устройство холодильных установок и их основные параметры.

Вопросы для самоконтроля:

1 Сущность процесса охлаждения. Способы получения искусственного холода. Умеренное охлаждение. Хладоагенты и требования, предъявляемые к ним.

2 Компрессорные холодильные машины.

3 Адсорбционные холодильные установки.

4 Пароэжекторная холодильная установка.

5 Глубокое охлаждение.

Раздел 3 Массообменные процессы и аппараты

Тема 3.1 Общие сведения о массообменных процессах

Студент должен:

знать:

назначение массообменных процессов и их квалификацию.

Вопросы для самоконтроля:

1 Процессы межфазного массообмена. Общая характеристика массообменных процессов.

2 Применение массообменных процессов для разделения гомогенных и гетерогенных систем.

Тема 3.2 Основы массопередачи

Студент должен:

знать:

- условия проведения массообменных процессов;

- движущую силу процессов массообмена;

- сущность понятия о числе единиц переноса;

- принципы составления материального баланса процессов массообмена;

уметь:

- графическим методом определить число единиц переноса, степень изменения концентрации, среднюю движущую силу процесс.

Вопросы для самоконтроля:

1 Процессы массопередачи. Материальный баланс и уравнение рабочей линии процесса. Направление процессов массопередачи.

2 Массопередача в гомогенных средах. Скорость массопередачи. Молекулярная диффузия. Турбулентная диффузия. Конвективный перенос массы. Уравнение массопередачи. Коэффициент массопередачи. Подобие процессов массопередачи.

3 Уравнение массоотдачи. Коэффициент массоотдачи. Соотношение между коэффициентом массопередачи и коэффициентом массоотдачи.

4 Движущая сила процессов массопередачи. Средняя движущая сила и число единиц переноса. Высота единиц переноса.

5 Массопередача в системах с твердой фазой.

Практические занятия

1 Определение габаритных размеров массообменных аппаратов, средней движущей силы, построение рабочей линии и линии равновесия.

Тема 3.3 Абсорбция

Студент должен:

знать:

- физические основы и теорию процесса абсорбции (равновесие между фазами, принцип составления материального и теплового балансов, уравнение рабочей линии;

- порядок расчета насадочного и барботажного абсорберов;

- сущность и методы проведения десорбции;

уметь:

- составлять материальный и тепловой баланс;

- определять расход поглотителя;

- строить равновесную и рабочую линию процесса;

- определять основные габаритные размеры абсорберов, пользуясь справочниками.

Вопросы для самоконтроля:

1 Назначение абсорбции. Абсорбция при разделении гомогенных газовых смесей и очистки газов. Выбор абсорбента. Физическая абсорбция и абсорбция, сопровождаемая химическим взаимодействием. Десорбция.

2 Равновесие между фазами при абсорбции. Влияние температуры и давления на растворимость газов в жидкостях. Материальный баланс процесса и уравнения рабочей линии при абсорбции и десорбции. Расход абсорбента. Тепловой баланс абсорбции. Отвод тепла при абсорбции.

Практические занятия

1 Определение движущей силы процесса массоперехода.

2 Определение расхода веществ.

Тема 3.4 Дистилляция и ректификация

Студент должен:

знать:

- физические основы процессов дистилляции и ректификации;

- графическое и аналитическое выражение условий равновесия между паром и жидкостью;

- принципы составления материального и теплового балансов, уравнение рабочих линий;

- схему установок и устройство аппаратов, принцип их расчета;

- виды тарелок и насадок, их сравнительную характеристику;

- методы образования орошения и парового потока;

уметь:

- составлять и рассчитывать материальный и тепловой балансы процессов;

- определять расходы нагревающих и охлаждающий агентов.

Вопросы для самоконтроля:

1 Назначение процессов дистилляции и ректификации. Графическое и аналитическое выражение условий равновесия между паром и жидкостью.

2 Простая и ректификационная дистилляция. Схемы дистилляционных установок.

3 Материальный баланс простой перегонки, определение среднего состава дистиллята. Принципы и области применения молекулярной дистилляции.

4 Ректификация. Физические основы и особенности кинетики ректификационных процессов. Схемы установок для непрерывного и периодического процессов ректификации. Графоаналитический расчет непрерывной ректификации.

5 Материальный баланс. Уравнение и построение рабочих линий. Минимальное и рабочее флегмовое число.

6 Тепловой баланс ректификационной установки.

7 Экстактивная и азеотропная ректификация.

Практические занятия

1 Расчет состава отгоняемых паров.

2 Расчет необходимого числа тарелок.

Тема 3.5 Экстракция

Студент должен:

знать:

- физические основы и методы проведения процесса экстракции в различных системах;

- конструктивные особенности, схемы и принципы расчета экстракторов.

Вопросы для самоконтроля:

1 Назначение экстракции. Экстракция в системе жидкость-жидкость. Принцип выбора экстрагента.

2 Экстракционные установки. Статика процесса экстракции. Материальный баланс.

3 Конструкции экстракторов. Характеристики и выбор экстракторов.

4 Экстракция с системе жидкость - твердое тело.

Тема 3.6 Адсорбция

Студент должен:

знать:

- сущность процесса адсорбции;

- типы адсорбентов, устройство и принципы работы адсорбентов;

- принципы составления материального баланса процесса адсорбции.

Вопросы для самоконтроля:

1 Адсорбция и ионный обмен. Межфазовое равновесие при адсорбции.

2 Промышленные адсорбенты и иониты. Десорбция. Материальный баланс адсорбции.

3 Классификация и устройство аппаратов для проведения адсорбции.

Тема 3.7 Сушка

Студент должен:

знать:

- теоретические основы процесса сушки, условия проведения;

- принцип действия и устройства аппаратов процесса сушки;

- принципы составления материального и теплового балансов;

- принципы выбора сушилок;

уметь:

- рассчитывать материальный и тепловой балансы процесса сушки;

- выполнять построение процесса сушки на диаграмме у-х, определять параметры воздуха;

- выбирать конструкцию сушилки с помощью каталогов.

Вопросы для самоконтроля:

1 Назначение сушки. Классификация способов сушки. Равновесие между фазами в процессе сушки. Направление и движущая сила сушки. Кинетика сушки. Определение скорости и времени сушки.

2 Интенсификация массопередачи при сушке. Конвективная сушка.

3 Свойства влажного газа (воздуха). I-х – диаграмма влажного воздуха. Материальный и тепловой баланс сушки. Процессы конвективной сушки. Контактная сушка. Сушка инфракрасными лучами. Токами высокой частоты, сублимацией. Конструкции сушилок.

Тема 3.8 Кристаллизация

Студент должен:

знать:

- сущность процесса кристаллизации;

- принцип действия кристаллизаторов.

Вопросы для самоконтроля:

1 Процесс кристаллизации.

2 Стадии процесса. Технические способы получения кристаллов заданного размера. Устройство кристаллизаторов.

Раздел 4 Механические процессы и аппараты

Студент должен:

знать:

- устройство и принцип действия машин и аппаратов для измельчения, классификации, смешивания, перемещения твердых материалов;

- условия проведения механических процессов;

- принципы расчета материального баланса;

- принципы выбора оборудования для ведения механических процессов;

уметь:

выбирать машины и аппараты для проведения механических процессов в зависимости от условий их использования.

Тема 4.1 Измельчение твердых материалов

Вопросы для самоконтроля:

1 Процесс измельчения. Способы измельчения. Классификация методов измельчения и определяемого оборудования.

2 Крупное, среднее и мелкое дробление. Тонкое и сверхтонкое измельчение.

Тема 4.2 Классификация, дозирование и смешивание твердых материалов

Вопросы для самоконтроля:

1 Классификация материалов. Ситовая классификация матриалов и ситовой анализ. Способы грохочения, типы грохотов.

2 Классификаторы и гидроциклоны. Воздушные сепараторы.

3 Дозирование и смешивание материалов. Смесители. Дозаторы.

Тема 4.3 Перемещение твердых материалов

Вопросы для самоконтроля:

1 Классификация устройств для перемещения твердых материалов.

2 Механизация погрузочно-разгрузочных работ и герметизация транспортирующих устройств.

Выполнение контрольной работы

Студент – заочник должен получить теоретические знания в соответствии с программой по специальности, уметь применять эти знания в практической деятельности, действовать самостоятельно, эффективно, в соответствии с поставленными задачами.

Согласно учебному плану, студенты-заочники выполняют домашнюю контрольную работу в сроки, установленные учебным графиком.

Цель выполнения контрольной работы – научить студентов самостоятельно пользоваться учебной и нормативной литературой, приобрести навыки письменно излагать материал по конкретным вопросам, которые могут возникнуть в практической деятельности.

Задание для выполнения контрольной работы разработано в 30 вариантах В каждом варианте содержатся теоретические вопросы и задачи.

Вариант определяется двумя последними цифрами личного шифра студента.

Перед выполнением контрольной работы студенту необходимо внимательно изучить методические указания к темам и рекомендуемую литературу, в соответствии с программой.

Контрольная работа представляется в виде творческой работы студента. Используя конкретный фактический материал (предприятия, подразделения, фирмы) и теоретический материал по соответствующим темам задания, необходимо представить обоснованные размышления по вопросам. Ответы на вопросы должны быть полными и конкретными. Для их обоснования необходимо применять современные методы решения каждого вопроса с учетом передового опыта и научно-технической документации.

Перед решением задачи необходимо записать её условие. Решения задачи следует пояснять.

При выполнении работы придерживаются следующих правил:

- подобрать материал, соответствующий содержанию вопроса используя рекомендуемую литературу;

- затем своими словами изложить теоретическую часть вопроса (не допуская дословного переписывания текстов из учебников, брошюр, статей);

- привести практические примеры. Используя конкретный материал на рабочем месте или же конкретные жизненные ситуации;

- в конце работы сделать выводы.

Оформление контрольной работы

Контрольная работа выполняется в ученической тетради (10-12 листов). На тетрадь наклеивается титульный лист, который заполняют по установленной в учебном заведении форме.

Работа должна быть выполнена грамотно и аккуратно, четким, разборчивым почерком. Не допускается сокращение слов (кроме общепринятых сокращений).

Контрольная работа может быть выполнена на компьютере шрифтом Times New Roman, размером 14 и напечатана на бумаге формата А4 на лицевой стороне каждого листа.

Оформляя работу, необходимо пронумеровать страницы, отвести поля шириной 2-3 см для замечаний рецензента, привести четкую формулировку вопроса и план выбранной темы, изложив ответ на него. При необходимости, текст ответа можно дополнить чертежами, схемами и рисунками, исполненными в любой технике, но четко и аккуратно. Между ответами следует оставлять несколько строчек для замечаний преподавателя по работе. В конце работы указать используемую литературу , поставить дату выполнения работ и подпись .

Выполненная работа сдаётся в Колледж.

При получении отрецензированной работы студент должен выполнить все указания рецензента. Работа над ошибками, дополнения к ответам, согласно рецензии, выполняется в этой же тетради.

На рецензию не принимаются работы:

- выполненные по неправильно выбранному варианту;

- переписанные у других студентов;

- выполненные небрежно, неразборчивым почерком.

Возвращенные без рецензии (но с обязательным указанием причины возврата) работы студент обязан выполнить повторно, в соответствии со своим вариантом и требованиями, предъявляемыми к контрольным работам, и вновь сдать в Колледж.

После выполнения контрольной работы студент допускается к сдаче экзаменов.

Задания для 1 – ой контрольной работы

Таблица 1- Выбор вариантов домашней контрольной работы (номер варианта соответствует двум последним цифрам шифра студента)

Задания

1 Классификация процессов химической технологии.

2 Основные физические свойства жидкостей.

3 Уравнение неразрывности потока.

4 Уравнение Бернулли, применение его на практике.

5 Режимы движения вязкой жидкости.

6 Теория подобия, критерия подобия гидромеханических процессов.

7 Основные типы насосов, параметры насосов.

8 Устройство и принцип действия центробежных насосов, достоинства и недостатки их, приведите их схему.

9 Устройство и принцип действия поршневых насосов, достоинства и недостатки их, приведите схемы поршневого насоса и плунжерного.

10 Принципы действия вихревых шестеренчатых насосов, применение их в химической промышленности, приведите их схемы.

11 Типы и основные параметры компрессорных машин, многоступенчатые компрессоры.

12 Основные виды неоднородных систем и методы их разделения.

13 Осаждение под действием сил тяжести и центробежных сил, классификация и устройство отстойников.

14 Виды фильтрования, устройства нутч-фильтра.

15 Фильтры непрерывного действия, устройство барабанного вакуум-фильтра.

16 Сравнение и выбор фильтров.

17 Центрифугирование, классификация центрифуг.

18 Центрифуги периодического действия, типы и устройство.

19 Горизонтальная центрифуга непрерывного действия. Устройство, достоинства и недостатки.

20 Сравнение и выбор центрифуг.

21 Цель и методы очистки промышленных газов от пыли, очистка под действием сил тяжести и инерционных сил, устройство пылеуловителей.

22 Очистка газа от пыли под действием центробежных сил, мокрые пылеуловители.

23 Сущность электрической очистки газа от пыли, устройство электрофильтра.

24 Основные способы перемешивания жидких неоднородных систем. Эффективность перемешивания.

25 Типы мешалок, устройство лопастных мешалок.

26 Области применения турбинных мешалок, устройство их.

27 Мешалки для перемешивания вязких и пастообразных материалов, их устройство.

28 Способы и виды передачи тепла.

29 Основное уравнение теплопередачи. Физический смысл коэффи-циента теплопередачи и его размерность.

30 Закон Фурье. Физический смысл коэффициента теплопроводности и его размерность.

31 Закон Ньютона. Физический смысл коэффициента теплоотдачи и его размерность.

32 Передача тепла через плоскую стенку.

33 Передача тепла через многослойную плоскую стенку.

34 Средний температурный напор при прямотоке и противотоке.

35 Передача тепла конвекцией, критерии подобия.

36 Определение коэффициента теплоотдачи в зависимости от режима движения теплоносителя. Приведите критериальные уравнения при различных режимах движения теплоносителей по трубам и вне труб.

37 Приведите критериальные уравнения при конденсации пара и кипении жидкостей.

38 Передача тепла лучеиспусканием. Закон Стефана-Больцмана. Физический смысл и размерность коэффициента лучеиспускания.

39 Закон Кирхгофа. Совместная передача тепла конвекцией и лучеиспусканием.

40 Основные виды тепловых нагрузок теплообменных аппаратов. Расчет тепловых нагрузок при нагревании, охлаждении, испарении и конденсации.

41 Источники тепловой энергии в химической промышленности. Нагревающие и охлаждающие агенты, их характеристика.

42 Классификация теплообменных аппаратов. Основные требования, предъявляемые к теплообменникам. Устройство теплообменника с оребренной поверхностью, достоинства и недостатки его.

43 Схемы, устройство и принцип действия кожухотрубных теплообменников с компенсирующими устройствами.

44 Схема, устройство, область применения, достоинства и недостатки теплообменника «труба в трубе»

45 Правила эксплуатации и пути интенсификации работы теплообменной аппаратуры. Какой теплоноситель подают в трубное пространство?

46 Назначение, область применения и методы выпаривания растворов.

47 Классификация выпарных аппаратов. Схема, устройство аппарата с естественной циркуляцией растворов.

48 Температурные потери в выпарной установке. Расчет температуры кипения растворов.

49 Экономическая целесообразность многокорпусного выпаривания. Схема 3-х корпусной выпарной установки с прямоточным питанием, принцип работы, достоинства и недостатки.

50 Материальный и тепловой балансы процесса выпаривания растворов. Расчет количества выпаренной воды и расхода греющего пара.

51 Создание вакуума в выпарных установках. Конструкции конденсаторов, принцип их работы.

52 Выбор числа корпусов в выпарной установке. Определение полезной разности температур и её распределение по корпусам.

53 Какой аппарат обеспечивает наиболее высокую концентрацию упаренного раствора. Схема и устройство такого аппарата.

54 Основные промышленные способы получения искусственного холода, области его применения. Основные холодильные агенты и требования, предъявляемые к ним.

55 Принципиальное отличие детандирования от дросселирования. Схема и цикл высокого давления (цикл Гейландта) и его изображение на диаграмме Т-S.

56 Диаграмма «Т-S» и её применение для построения холодильных циклов. На каких законах термодинамики основано искусственное охлаждение. Схема и изображение одного из циклов на диаграмме «Т-S».

57 Получение глубокого холода. Описание холодильного цикла без отдачи внешней работы (цикл Линде) и его изображение на диаграмме «Т-S».

58 Схема и принцип работы абсорбционных холодильных машин, достоинства и недостатки.

59 Пароэжекторные холодильные машины, схема, достоинства и недостатки, тепловой баланс пароэжекторной установки.

60 Цикл с двухкратным дросселированием газа и его изображение на диаграмме «Т-S». Схема такого цикла.

61-70 Определить режим движения жидкости (среда) при массовом расходе G, кг/c. Средняя температура жидкости t_{c р.} ْС, размеры и форма сечения, число труб n приведены в табл.2

Таблица 2

71-80 Определить диаметр штуцера для подачи в аппарат G кг/c газа или жидкости со скоростью w м/с при средней температуре t_{c р .} ْС и давлении Р МПа, табл. 3

Таблица 3

81–90 Определить критерий Рейнольдса, толщину пленки δ в м и скорость стекания пленки жидкости w в м/с по внутренней поверхности трубы диаметром d мм при массовом расходе жидкости G кг/c и средней температуре t_{c р .} ْС, табл.4

Таблица 4

91-100 Определить тепловую нагрузку Q в Вт и площадь поверхности теплообмена F в м² для нагрева G кг/с жидкости от температуры t₁ ْС до температуры кипения t_кип ْС с помощью горячей жидкости, температура которой изменяется от t_2н ْС до t_2к ْС. Коэффициент теплопередачи К в Вт/м² *К. Движение носителей – противоточное, табл.5

Таблица 5

101-110 Определить тепловую нагрузку Q в Вт, площадь поверхности теплообмена F в м² и расход насыщенного водяного пара G _п кг/с давлением Р МПа для подогрева G кг/с жидкости от температуры t_н ْС до температуры t_к ْС, если коэффициент теплопередачи от пара к жидкости К в Вт/м² *К, табл 6

Таблица 6

111-120 Определить тепловую нагрузку Q в Вт и расход охлаждающей воды G _в в кг/с в холодильнике для охлаждения G кг/с жидкости от температуры t_н ْС до температуры t_к ْС, Температура воды в процессе охлаждения изменяется от температуры t₁ ْС до температуры t₂ ْС, табл.7

Таблица 7

121-130 В трехкорпусной установке упаривается G кг/с водного раствора вещества от начальной концентрации α_1н , % (масс.) до конечной концентрации α_3к , % (масс.). Определить концентрации растворов по корпусам, если соотношение количества выпариваемой воды по корпусам следующее: W₁ :W₂ :W₃ = 1,0 : 1,1 : 1,2, табл. 8

Таблица 8

131-140 Определить температуру кипения раствора с учетом депрессй концентрацией Х , % (масс.) при давлении Р МПа, табл.9

Таблица 9

141-150 Определить площадь поверхности нагрева выпарного аппарата S в м² и расход греющего пара G _п в кг/с давлением Р МПа, если на выпаривание поступает G кг/с водного раствора с начальной концентрацией α_н , % (масс.) и выпаривание ведётся до окончательной концентрации α_к , % (масс.). раствор на выпарку подается при температуре кипения t_кип ْС. Коэффициент теплопередачи от греющего пара к раствору К Вт/м2*К. Тепловые потери составляют х % от теплоты, затраченной на испарение воды, табл.10

Таблица 10

Задания для 2 – ой контрольной работы

Таблица 1- Выбор вариантов домашней контрольной работы (номер варианта соответствует двум последним цифрам шифра студента)

Задания

1 Массообменные процессы, их характеристика. Способы выражения состава фаз.

2 Уравнение материального баланса процесса массообмена и уравнение рабочей линии.

3 Основное отличие рабочей концентрации от равновесной в процессе массообмена, линия равновесия.

4 Движущая сила процесса массопередачи. Основное уравнение массопередачи. Коэффициент массопередачи, физический смысл и единицы измерения.

5 Процесс массообмена между фазами. Молекулярная диффузия, закон Фика.

6 Конвективная диффузия. Теория подобия, критерия подобия диффузионных процессов.

7 Массообмен с участием твердых тел. Средняя движущая сила процесса массообмена.

8 Определение числа единиц переноса массообменного процесса.

9 Сущность и область применения процесса абсорбции в химической промышленности. Физические основы процесса абсорбции, влияние температуры и давления на процесс.

10 Уравнения материального и теплового балансов процесса абсорбции. Определение удельного расхода поглотителя. Степень абсорбции.

11 Десорбция. Основные методы и оптимальные условия проведения.

12 Классификация абсорберов. Насадочные абсорберы. Схема, устройство, достоинства и недостатки. Типы насадок.

13 Барботажные абсорберы, схема, устройство, достоинства и недостатки колонны с колпачковыми тарелками.

14 Барботажные абсорберы, типы. Схема, устройство, достоинства и недостатки колонны с ситчатыми тарелками.

15 Распыливающие абсорберы, достоинства и недостатки. Распыливающие устройства. Схема и устройство одного из распыливающих абсорберов

16 Схемы абсорбционных установок.

17 Сущность и область применения процесса экстракции. Равновесие между фазами.

18 Материальный баланс процесса экстракции. Определение удельного расхода экстрагента.

19 Экстакторы, классификация их. Распылительные экстракторы, схема, устройство, достоинства и недостатки.

20 Схемы экстракционных установок.

21 Сравнение и выбор экстракторов.

22 Сущность и область применения перегонки и ректификации.

23 Типы двойных смесей жидкостей и их основные свойства.

24 Материальный баланс процесса ректификации. Уравнения рабочих линий укрепляющей и исчерпывающей колонн.

25 Флегмовое число. Коэффициент избытка флегмы.

26 Тепловой баланс процесса ректификации. Расчет расхода греющего пара.

27 Схема, устройство непрерывно – действующей ректификационной установки, её достоинства и недостатки.

28 Схема, устройство и работа барботажной ректификационной колонны. Типы тарелок, их достоинства и недостатки.

29 Типы ректификационных колонн. Насадочные ректификационные колонны.

30 Ректификация сжиженных газов. Схема и устройство разделительного аппарата двойной ректификации.

31 Простая перегонка. Схема простой перегонки с дефлегмацией, её работа.

32 Специальные виды перегонки. Схемы экстрактивной и азеотропной перегонки.

33 Эксплуатация ректификационных установок. Регулирование процесса ректификации.

34 Сущность и область применения процесса адсорбции. Адсорбенты.

35 Равновесие между фазами в процессе адсорбции. Динамическая и статистическая активность адсорбента.

36 Уравнение материального баланса процесса адсорбции, цель его составления.

37 Типы адсорберов. Схема, устройство и работа адсорбера с движущимся слоем.

38 Схема, устройство и работа адсорбера с «кипящим слоем» адсорбента. Его достоинства и недостатки.

39 Схемы адсорбционных установок.

40 Сушка. Способы сушки. Связь влаги с материалом.

41 Статика сушки.

42 Свойства влажного воздуха.

43 I – х - диаграмма влажного воздуха.

44 Материальный баланс процесса сушки. Расход воздуха на сушку.

45 Тепловой баланс процесса сушки. Уравнения теплового баланса конвективных и контактных сушилок.

46 Изображение процесса сушки на I – х - диаграмме.

47 Кинетика сушки. Расчет скорости сушки. Кривая скорости сушки.

48 Классификация основных типов сушилок, их достоинства и недостатки.

49 Конвективные сушилки. Схема и устройство барабанной сушилки. Типы насадок.

50 Схема, устройство и работа распылительных сушилок, достоинства и недостатки их.

51 Контактные сушилки. Схема, устройство одновальцовой сушилки.

52 Сравнение и выбор сушилок.

53 Специальные методы сушки. Схема сушки токами высокой частоты, её достоинства.

54 Устройства для горизонтального и вертикального перемещения твердых материалов.

55 Назначение и сущность процесса измельчения твердых материалов. Схема измельчения по замкнутому циклу.

56 Аппараты для крупного дробления материалов. Схема, устройство и принцип работы щековой дробилки Расчет производительности и расхода энергии щековой дробилки.

57 Мельницы для сверхтонкого измельчения материалов. Схема. Устройство и работа струйно – вибрационной мельницы с плоской горизонтальной камерой.

58 Назначение классификации твердых материалов. Расчет производительности грохота. Типы грохотов. Схема и устройство наиболее эффективного грохота.

59 Назначение и типы дозаторов. Схема, устройство и работа весового ленточного дозатора с электрорегулированием.

60 Типы смесителей для смешивания твердых и пастообразных материалов. Схема, устройства и работа циркуляционного смесителя.

61-70 Определить скорость газ (воздуха), соответствующую началу подвисания жидкости (воды) в абсорбере с насадкой. Расход газа G , кг/ч, расход поглотителя L кг/ч, при температуре жидкости t ْС. Характеристика насадок приведена приведены в табл.2

Таблица 2

71-80 Определить коэффициент диффузии газа в жидкости при температуре t ْС, табл. 3

Таблица 3

81–90 Определить гидравлическое сопротивление Р в Па слоя беспорядочно засыпанной в абсорбер насадки при плотности орошения U м³ /м² *ч, массовой скорости газа (воздуха) W _газ кг/м² *с и температуре газа t _газ ْС, высота слоя Н м. Характеристики насадки (ε – свободный объем насадки, f – удельная поверхность насадки) указаны в табл.4

Таблица 4

91-100 Определить количество дистиллята Р в кг/с, и кубового остатка W в кг/с, если в ректификационную колонну поступает F кг/с смеси. Содержание НК (низкокипящего компонента) в смеси - a_F , % (масс.), дистилляторе - a _Р , % (масс.), в кубовом остатке – a_W , % (масс.). Составы смесей приведены в табл.5

Таблица 5

101-110 Определить теоретическое и действительное число тарелок в ректификационной колонне непрерывного действия для разделения бинарной смеси. Содержание НК (низкокипящего компонента) в смеси - х _F , % (масс.), дистилляторе - х_Р , % (масс.), в кубовом остатке – х _W , % (масс.). Коэффициент избытка флегмы β , к.п.д. тарелки – η , давление в колонне атмосферное, табл 6. Для построения равновесной кривой на диаграмме «х-у» воспользоваться данными (Плановский А.Н., Рамм В.М., Коган С.З. Процессы и аппараты химической промышленности. -М.: Химия, 1968, стр. 818-819).

Таблица 6

111-120 Определить общую высоту Н в м и диаметр ректификационной колонны d в м, если число теоретических тарелок N_m , к.п.д. тарелки - η , расстояние между тарелками h _м.т. м. Объемный расход пара, проходящего через колонну V м³ /с, скорость пара w м/с, табл.7

Таблица 7

121-130 Определить расход воздуха на сушку, если в сушилку подается G кг/с влажного материала с начальной влажностью w ₁ % (масс.). Конечная влажность материала w ₂ % (масс.). Состояние воздуха характеризуется следующими параметрами: до сушки t ₁ ˚C, φ ₁ %; на выходе сушилки: t ₂ ˚C, φ ₂ %; табл. 8

Таблица 8

131-140 Определить расход теплоты Q _к в Вт и расход греющего пара G _п в кг/с для нагрева L кг/с воздуха в калорифере. Давление греющего пара Р МПа. Состояние воздуха характеризуется параметрами: на входе в калорифер: t ₀ ˚C, х₀ кг/кг, на выходе из калорифера t ₁ ˚C, данные в табл. 9.

Таблица 9

141-150 Составить материальный баланс процесса сушки, если в сушилку поступает G кг/с влажного материала с начальной влажностью w ₁ % (масс.). Конечная влажность материала w ₂ % (масс.),т абл. 10.

Таблица 10

Перечень лекций

Перечень практических занятий

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Плановский А.Н., Рамм В.М., Коган С.З. Процессы и аппараты химической промышленности. -М.: Химия, 1968.

Процессы и аппараты химической промышленности. Под общ. Ред. П.Г. Романкова. - Л.: химия, 1989.

Романков П.Г., Курочкина М.И. Примеры и задачи по курсу «Процессы и аппараты химической промышленности». -Л.: Химия, 1985.

Романков П.Г., Курочкина М.И. Расчетные диаграммы и монограммы по курсу «Процессы и аппараты химической промышленности». -Л.: Химия, 1985.

Дополнительная

Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия, 1973.

Иоффе И.П.. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. -М.: Химия, 1973.